基于方位向尺度變換的聚束sar成像算法研究

《基于方位向尺度變換的聚束sar成像算法研究》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。

1、基于方位向尺度變換的聚束SAR成像算法研究(a)(b)(c)圖1.1SAR成像模式(a)條帶模式(b)聚束模式(c)掃描模式還有一種工作模式稱為逆SAR（ISAR），是由靜止雷達(dá)對運(yùn)動目標(biāo)成像。就雷達(dá)和目標(biāo)間相互運(yùn)動而言，該模式與聚束模式有較大相似性，因此成像處理方法也是相似的。條帶模式和聚束模式是最常用的SAR成像模式。它們主要區(qū)別有：首先，當(dāng)圖像尺寸一樣時(shí)，聚束模式成像得到的方位分辨率比條帶模式更高，這是因?yàn)槔走_(dá)在聚束模式工作時(shí)，天線波束始終照射在固定成像區(qū)，突破了條帶模式下波束寬度對方位分辨率提高的限制，聚束SAR方位分辨率由雷達(dá)視線所轉(zhuǎn)過的角度決定。其次，聚束模式成

2、像圖像方位覆蓋寬度由雷達(dá)波束寬度決定，而條帶模式圖像方位覆蓋寬度由雷達(dá)數(shù)據(jù)采集時(shí)間與載機(jī)速度的乘積決定。第三，進(jìn)行運(yùn)動補(bǔ)償時(shí)，條帶SAR與聚束SAR的參考信號不同。聚束模式下往往會對回波信號進(jìn)行對場景中心的運(yùn)動補(bǔ)償，去除距離向和方位向的線性調(diào)頻特性，而在條帶模式成像下，通常采用對固定距離進(jìn)行運(yùn)動補(bǔ)償。1.3聚束模式SAR成像的發(fā)展[5][6][7]聚束模式SAR成像可以追溯到上世紀(jì)60年代初對旋轉(zhuǎn)物體的成像研究。在研究中，人們發(fā)現(xiàn)由于雷達(dá)和目標(biāo)間的相對轉(zhuǎn)動使得旋轉(zhuǎn)物體上的散射點(diǎn)位置出現(xiàn)超出一個分辨單元大小的空間位移，這種現(xiàn)象稱為“越分辨單元走動2南京航空航天大學(xué)碩士學(xué)位論文

3、(MTRC)”，從而造成圖像模糊，這是早期旋轉(zhuǎn)物體高分辨率成像的難點(diǎn)所在。對旋轉(zhuǎn)目標(biāo)成像的突破性進(jìn)展是在70年代Walker提出的極坐標(biāo)格式存儲技術(shù)。極坐標(biāo)格式存儲技術(shù)能極大地減輕MTRC的影響，為生成高分辨率聚束SAR圖像提供了有效途徑，并且使得極坐標(biāo)格式算法(PolarFormatAlgorithm,PFA)發(fā)展成為聚束SAR成像的成熟算法。1983年Munson對聚束式SAR成像進(jìn)行了全面的討論，并對聚束式SAR成像的極坐標(biāo)格式算法給予了層析成像原理的解釋，建立了聚束SAR成像技術(shù)與計(jì)算機(jī)輔助層析成像(Computer-aidedTomography,CAT)技術(shù)的聯(lián)

4、系，并將CAT技術(shù)例如卷積反投影算法(ConvolutionBackprojectionAlgorithm,CBP)引入到聚束SAR成像處理。90年代以來，隨著數(shù)字信號處理理論、大容量存儲器和數(shù)字信號處理器快速發(fā)展，各種高效的SAR成像算法、運(yùn)動補(bǔ)償和自聚焦算法也應(yīng)運(yùn)而生。應(yīng)用于聚束SAR的主要成像算法有極坐標(biāo)格式算法、距離徙動算法(RangeMigrationAlgorithm,RMA)、ChirpScaling算法(ChirpScalingAlgorithm,CSA)和頻率Scaling算法(FrequencyScalingAlgorithm,FSA)等。主要的自聚焦算

5、法有相位梯度自聚焦算法，圖移技術(shù)等。經(jīng)典的PFA算法、CBP、ChirpScaling算法和頻率Scaling算法在算法推導(dǎo)過程中都存在假設(shè)或是近似，從而造成了高分辨率成像場景受到限制或者是成像質(zhì)量降低的問題。距離徙動算法雖然在理論能夠完全補(bǔ)償MTRC，但由于該算法要求雷達(dá)系統(tǒng)有很高的沿航跡的采樣率，限制了RMA應(yīng)用范圍。在聚束SAR成像的最新進(jìn)展是2004年由WarterG.Carrara等人從信號格式角度提出的信號相位歷史的方位向尺度變換算法(Along-TrackAlignmentandFormattingSystem,ATAFS)。ATAFS可以是方位向的預(yù)處理過程

6、，對回波信號的相位歷史存放格式進(jìn)行空變校正，通過后續(xù)的信號處理算法能夠使得信號在波數(shù)域的得到理想的信號格式，完全補(bǔ)償了MTRC，同時(shí)避免了如PFA中的距離彎曲和RMA算法中要求系統(tǒng)有很高的沿航跡采樣率這樣的問題。基于ATAFS的大場景極坐標(biāo)格式算法（WidefieldPolarFormatAlgorithm,WPFA）、Stolt極坐標(biāo)算法（StoltPolarAlgorithm,SPA）、差分多普勒算法（DifferentialDopplerAlgorithm,DDA）均具有大場景高分辨率成像性能?；贏TAFS的雷達(dá)勘測處理算法（RadarSurveyProcessor

7、Algorithm,RSP）避免了插值操作，在滿足一定條件的情況下多用于實(shí)時(shí)成像中。3基于方位向尺度變換的聚束SAR成像算法研究目前，聚束SAR在發(fā)達(dá)國家已進(jìn)入實(shí)用階段，并開始廣泛地應(yīng)用于高分辨率戰(zhàn)場偵察、精確打擊以及毀傷評估等領(lǐng)域中。如，美國Sandia國家實(shí)驗(yàn)室研制的Lynx無人機(jī)SAR在聚束模式下的分辨率0.1米×0.1米。國內(nèi)目前著重于聚束SAR算法的研究及仿真成像。1.3聚束模式SAR成像算法介紹首先介紹去線性調(diào)頻(Dechirp)技術(shù)。由于聚束模式SAR具有高分辨率成像能力，因此回波信號的距離向和方位向